Интенсивность промывки скважины

Очистка скважины от продуктов разрушения является непременным условием любого способа бурения и может осуществляться либо механическими устройствами (шнек, желонка), либо потоком промывочного агента (промывкой или продувкой). При ЭР-способе бурения очистка скважины в настоящее время осуществляется промывкой.

В отличие от механических способов бурения для ЭР-способа бурения характерны: большая вероятность образования крупных кусков бурового шлама (свыше 70 мм), образование в призабойной зоне парогазовых продуктов разложения промывочной жидкости [156]. Эти особенности ЭРТ бурения скважин оказывают существенное влияние на параметры пульпопроводов и режим промывки.

Эффективность промывки может быть оценена по таким показателям, как энергоемкость, т. е. удельный расход энергии на создание необходимой скорости движения промывочной жидкости в пульпопроводе и других элементах циркуляционной системы и материалоемкость, т. е. удельные затраты, связанные с технологическими потерями промывочной жидкости. Энергоемкость промывки снижается с уменьшением мощности на ее осуществление и с увеличением скорости бурения. Следовательно, для оптимизации энергозатрат на промывку необходимо выбирать ее параметры так, чтобы при прочих равных условиях мощность на промывку была минимально возможной при максимальной скорости бурения.

Известно, что при вертикальном перемещении частиц в среде последние всегда ориентируются длинной осью в направлении траектории движения. Такое положение частиц при движении в вертикальном потоке наиболее устойчиво, поскольку последние, находясь под действием сил гравитации и динамического воздействия потока, оказывают наименьшее сопротивление обтекающему их потоку. Отсюда следует, что размеры пульпопровода при ЭР-бурении скважин должны быть согласованы с размерами b и h наиболее крупных частиц шлама.

Достаточное условие согласования должно учитывать содержание наиболее крупных частиц шлама в общем его объеме, т. е. вероятность одновременного появления в каком-либо поперечном сечении пульпопровода более одной из наиболее крупных частиц. Вообще наиболее вероятным расположением частиц в потоке промывочного агента является такое, когда в каждом поперечном сечении пульпопровода находится не более одной частицы, так как при этом они оказывают наименьшее сопротивление обтекающему их потоку. Однако в связи с тем, что по пульпопроводу частицы бурового шлама движутся с разными скоростями вследствие различной их гидравлической крупности, неизбежна возможность одновременного появления двух и более частиц в одном поперечном сечении пульпопровода. При этом можно предположить два случая взаимного положения частиц:

  • • частицы ориентируются размерами b по радиусу скважины,
  • • частицы ориентируются в указанном направлении размерами hmax.

Наиболее устойчивым из всех возможных в этих условиях является положение частиц, ориентированных в направлении радиуса размером hmax. Следовательно, при прямой схеме промывки геометрические параметры пульпопровода должны быть согласованы с размером hmax наиболее крупных частиц.

Таким образом, важнейшей из задач, связанных с определением оптимальной мощности для осуществления промывки является определение минимально возможной скорости движения промывочного агента в пульпопроводе.

При перемещении бурового шлама, содержащего частицы размером от пылевидных до /тах, потоком промывочного агента происходит разделение частиц по скоростям движения обратно пропорционально их крупности. Вследствие этого, наблюдаются взаимные перемещения частиц, их суммарное сопротивление потоку изменяется и поэтому скорость движения каждой частицы, даже при постоянстве расхода Q0, является величиной переменной

В случае прямой схемы промывки пульпопровод представлен каналом кольцевого сечения, одна из поверхностей которого (стенки скважины), как отмечалось выше, отличается сильно развитой шероховатостью. Вторая поверхность представлена стальной трубой. Для практических расчетов представляет интерес определение эквивалентной шероховатости такой системы. Все это в равной мере относится к каналу нисходящего потока при обратной схеме промывки.

Материалоемкость промывки оценивается как отношение потерь промывочного агента в процессе бурения скважины к ее длине или, что то же самое, как отношение интенсивности потерь промывочного агента к скорости бурения скважины. К практически невозвратимым потерям относят часть материала промывочного агента, которая:

  • а) теряется в виде утечек (поглощений) через поры и трещины разбуриваемого массива;
  • б) уносится частицами бурового шлама в порах и на поверхности за счет смачивания;
  • в) остается в скважине после откачки.

Таким образом, для достижения минимально возможной энергоемкости промывки при ЭР-бурении необходимо критическую объемную расходную концентрацию приводить в соответствие диаметру пульпопровода. При выполнении этого условия с ростом S минимально возможная энергоемкость промывки будет изменяться пропорционально квадрату радиуса наконечника.

Результате исследований основных факторов, определяющих эффективность промывки при ЭР-бурении, можно обобщить в виде следующих тезисов:

1. Конструктивными параметрами бурового снаряда, определяющими режимы промывки (скорость движения промывочного агента в пульпопроводе, расходная объемная концентрация твердого материа- ла/шлама в гидросмеси), являются расстояние между электродами бурового наконечника, поперечные размеры пульпопровода, диаметр наконечника и диаметр труб бурового снаряда.

К факторам, влияющим на условия промывки, относятся усредненная объемная производительность импульса, частота следования импульсов, свойства горной породы и промывочного агента.

  • 2. Поперечные размеры пульпопровода определяются размерами наиболее крупных частиц бурового шлама, которые являются функцией расстояния между электродами бурового наконечника и свойств горной породы. С увеличением межэлектродного расстояния размеры наиболее крупных частиц возрастают с уменьшающейся скоростью.
  • 3. Скорость промывочного агента в пульпопроводе зависит от межэлектродного расстояния. В основе этой связи лежит средневзвешенный диаметр частиц бурового шлама, площадь пульпопровода и его гидравлический радиус. С увеличением межэлектродного расстояния средневзвешенный размер частиц увеличивается с уменьшающейся интенсивностью.
  • 4. Необходимая скорость промывочного агента в пульпопроводе зависит от усредненной объемной производительности импульса и частоты их следования. Эта связь осуществляется посредством объемной расходной концентрации твердого материала в гидросмеси.
  • 5. При определении потерь напора, связанных с разностью удельных весов гидросмеси и промывочного агента в исходном состоянии, необходимо учитывать фактическую объемную концентрацию твердого материала в пульпопроводе, так как последняя может значительно отличаться от расходной объемной концентрации.
  • 6. При расстоянии между электродами бурового наконечника, близком к его радиусу (условие оптимума эффективности ЭР- разрушения), для очистки скважин увеличенного диаметра рекомендуется применять внутреннюю промывку. Объемную расходную концентрацию твердого материала в гидросмеси следует приводить в соответствие с геометрией пульпопровода. При выполнении этих условий минимально возможная энергоемкость промывки будет изменяться пропорционально квадрату радиуса наконечника.
 
Посмотреть оригинал
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ   ОРИГИНАЛ   След >